§ 31. Висота, тембр і гучність звуку

1. питання
2. Вправа 29

Глава 2. Механічні коливання і хвилі. звук

Звернемося ще раз до досвіду, зображеному на малюнку 74. Як уже говорилося, вільна частина лінійки створює звук тільки в тому випадку, якщо вона коливається з частотою, що не меншою ніж 16 Гц. Перемістимо лінійку в лещатах вниз (укоротив тим самим верхню частину) і наведемо її в коливальний рух. Зауважимо, що частота коливань лінійки збільшилася, а видається нею звук став вище. Продовжуючи періодично вкорочувати коливається частина лінійки, переконаємося в тому, що зі збільшенням частоти коливань звук підвищується.

Перевіримо цей висновок на іншому досвіді. Візьмемо зубчастий диск (рис. 79, а), за допомогою спеціального пристрою наведемо його в обертання і прікоснёмся до зубчатому краю тонкої картонній платівкою (рис. 79, б). Під впливом зубів диска, що обертається пластинка почне здійснювати вимушені коливання, в результаті чого ми почуємо звук. Збільшимо швидкість обертання диска, і платівка стане коливатися частіше, а видається нею звук буде вище.

На підставі описаного досвіду можна зробити висновок, що висота звуку залежить від частоти коливань: чим більше частота коливань джерела звуку, тим вище видається їм звук.

Нагадаємо, що гілки камертона здійснюють гармонійні (синусоїдальні) коливання, які є найпростішим видом коливань. Таким коливань властива тільки одна строго певна частота. Звук камертона є чистим тоном.

• Чистим тоном називається звук джерела, що здійснює гармонійні коливання однієї частоти.

Звуки від інших джерел (наприклад, звуки різних музичних інструментів, голосу людей, звук сирени і багато інших) представляють собою сукупність гармонійних коливань різних частот, т. Е. Сукупність чистих тонів.

Найнижча (т. Е. Найменша) частота такого складного звуку називається основною частотою, а відповідний їй звук певної висоти - основним тоном (іноді його називають просто тоном). Висота складного звуку визначається саме висотою його основного тону.

Всі інші тони складного звуку називаються обертонами. Частоти всіх обертонів даного звуку в ціле число разів більше частоти його основного тону (тому їх називають також вищими гармонійними тонами).

Обертони визначають тембр звуку, т. Е. Таке його якість, яке дозволяє нам відрізняти звуки одних джерел від звуків інших. Наприклад, ми легко відрізняємо звук рояля від звуку скрипки навіть в тому випадку, якщо ці звуки мають однакову висоту, т. Е. Одну і ту ж частоту основного тону. Відмінність же цих звуків обумовлено різним набором обертонів (сукупність обертонів різних джерел може відрізнятися кількістю обертонів, їх амплітудами, зрушенням фаз між ними, спектром частот).

Таким чином, висота звуку визначається частотою його основного тону: чим більше частота основного тону, тим вище звук.

Тембр звуку визначається сукупністю його обертонів.

Щоб з'ясувати, від чого залежить гучність звуку, повернемося до досвіду, зображеному на малюнку 76. До однієї гілки камертона підводять впритул маленький висить на нитці кулька, а по інший злегка вдаряють молоточком. Обидві гілки камертона приходять в коливальний рух. Чути тихий звук. Шарик відскакує від хитається гілки на невелику відстань. Потім камертон глушать і знову вдаряють по ньому, але набагато сильніше, ніж в перший раз. Тепер камертон звучить голосніше, а кулька відскакує на більшу відстань, що свідчить про більшу амплітуді коливань гілок.

Цей та багато інших досліди дозволяють зробити висновок про те, що гучність звуку залежить від амплітуди коливань: чим більше амплітуда коливань, тим голосніше звук.

У розглянутому досвіді частоти коливань обох звуків - тихого і гучного - однакові, так як їх джерелом є один і той же камертон. Але якщо порівняти звуки різних частот, то крім амплітуди коливань довелося б враховувати ще один фактор, що впливає на гучність. Справа в тому, що чутливість людського вуха до звуків різної частоти різна. При однакових амплітудах як більш гучні сприймаються звуки, частоти яких лежать в межах від 1000 до 5000 Гц. Тому, наприклад, високий жіночий голос з частотою 1000 Гц буде для нашого вуха голосніше низького чоловічого з частотою 200 Гц, навіть якщо амплітуди коливань голосових зв'язок в обох випадках однакові. Гучність звуку залежить також від його тривалості і від індивідуальних особливостей слухача.

Гучність звуку - це суб'єктивне якість слухового відчуття, що дозволяє розташовувати все звуки за шкалою від тихих до гучних.

Одиниця гучності звуку називається сон.

У практичних завданнях гучність звуку прийнято характеризувати рівнем звукового тиску, що вимірюється в белах (Б) або децибелах (дБ), що становлять десяту частину білого.

Наприклад, звуку, що виникає при листанню газети, відповідає рівень звукового тиску порядку 20 дБ, звуку дзвінка будильника - приблизно 80 дБ, двигуна літака - близько 130 дБ (такий гучний звук викликає в людини болюче відчуття).

Систематичний вплив на людину гучних звуків, особливо шумів (сукупності звуків різної гучності, висоти тону, тембру), несприятливо відбивається на його здоров'я.

В галасливих районах у багатьох людей з'являються симптоми шумовий хвороби: підвищена нервова збудливість, швидка стомлюваність, підвищений артеріальний тиск. Тому у великих містах доводиться приймати спеціальні заходи для зменшення шумів, наприклад забороняти звукові сигнали автомобілів.

питання

1. З якою метою проводилися досліди, зображені на малюнках 74 і 79? Який був зроблений висновок за результатами цих дослідів?
2. Як на досвіді переконатися в тому, що з двох камертонів вищий звук видає той, у якого більше власна частота? (Частоти на камертонах не вказані.)
3 *. Від чого залежить висота звуку?
4. Як зміниться гучність звуку, якщо зменшити амплітуду коливань його джерела?
5. Звук якої частоти - 500 Гц або 3000 Гц - людське вухо сприйме як гучніший при однакових амплітудах коливань джерел цих звуків?
6. Від чого залежить гучність звуку?
7. Як позначається на здоров'ї людини систематичне дію гучних звуків?

Вправа 29

1. Яке комаха частіше махає крилами в польоті - джміль, комар або муха? Чому ви так думаєте?

2. Зуби обертається циркулярної пилки створюють в повітрі звукову хвилю. Як зміниться висота звуку, видаваного пилкою при її холостому ході, якщо на ній почати розпилювати товсту дошку з щільної деревини? Чому?

3. Відомо, що чим тугіше натягнута струна на гітарі, тим вищий звук вона видає. Як зміниться висота звучання гітарних струн при значному підвищенні температури навколишнього повітря? Відповідь поясніть.